JVM中的棧和局部變量

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Java開發(fā)中，每當(dāng)我們在程序中使用new生成一個對象，對象的引用存放在棧里，而對象是存放在堆里的。可以看出棧在Java核心的重要位置。今天我們就繼續(xù)深入Java核心這個系列，為您介紹Java中的棧、局部變量及其之間的關(guān)系。

深入Java核心：Java內(nèi)存分配原理精講探秘Java垃圾回收機制Java中多態(tài)的實現(xiàn)機制

Java中的棧

每當(dāng)啟用一個線程時，JVM就為他分配一個Java棧，棧是以幀為單位保存當(dāng)前線程的運行狀態(tài)。某個線程正在執(zhí)行的方法稱為當(dāng)前方法，當(dāng)前方法使用的棧幀稱為當(dāng)前幀，當(dāng)前方法所屬的類稱為當(dāng)前類，當(dāng)前類的常量池稱為當(dāng)前常量池。當(dāng)線程執(zhí)行一個方法時，它會跟蹤當(dāng)前常量池。

每當(dāng)線程調(diào)用一個Java方法時，JVM就會在該線程對應(yīng)的棧中壓入一個幀，這個幀自然就成了當(dāng)前幀。當(dāng)執(zhí)行這個方法時，它使用這個幀來存儲參數(shù)、局部變量、中間運算結(jié)果等等。

Java棧上的所有數(shù)據(jù)都是私有的。任何線程都不能訪問另一個線程的棧數(shù)據(jù)。所以我們不用考慮多線程情況下棧數(shù)據(jù)訪問同步的情況。

像方法區(qū)和堆一樣，Java棧和幀在內(nèi)存中也不必是連續(xù)的,幀可以分布在連續(xù)的棧里，也可以分布在堆里

Java棧的組成元素——棧幀

棧幀由三部分組成：局部變量區(qū)、操作數(shù)棧、幀數(shù)據(jù)區(qū)。局部變量區(qū)和操作數(shù)棧的大小要視對應(yīng)的方法而定，他們是按字長計算的。但調(diào)用一個方法時，它從類型信息中得到此方法局部變量區(qū)和操作數(shù)棧大小，并據(jù)此分配棧內(nèi)存，然后壓入Java棧。

局部變量區(qū) 局部變量區(qū)被組織為以一個字長為單位、從0開始計數(shù)的數(shù)組，類型為short、byte和char的值在存入數(shù)組前要被轉(zhuǎn)換成int值，而long和 double在數(shù)組中占據(jù)連續(xù)的兩項，在訪問局部變量中的long或double時，只需取出連續(xù)兩項的第一項的索引值即可,如某個long值在局部變量 區(qū)中占據(jù)的索引時3、4項，取值時，指令只需取索引為3的long值即可。

下面就看個例子，好讓大家對局部變量區(qū)有更深刻的認識。這個圖來自《深入JVM》：

public static int runClassMethod(int i,long l,float f,double d,Object o,byte b) {

return 0;

}

public int runInstanceMethod(char c,double d,short s,boolean b) {

return 0;

}

上面代碼片的方法參數(shù)和局部變量在局部變量區(qū)中的存儲結(jié)構(gòu)如下圖：

上面這個圖沒什么好說的，大家看看就會懂。但是，在這個圖里，有一點需要注意：

runInstanceMethod的局部變量區(qū)第一項是個reference（引用），它指定的就是對象本身的引用，也就是我們常用的this,但是在runClassMethod方法中，沒這個引用，那是因為runClassMethod是個靜態(tài)方法。

操作數(shù)棧和局部變量區(qū)一樣，操作數(shù)棧也被組織成一個以字長為單位的數(shù)組。但和前者不同的是，它不是通過索引來訪問的，而是通過入棧和出棧來訪問的?？砂巡僮鲾?shù)棧理解為存儲計算時，臨時數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域。下面我們通過一段簡短的程序片段外加一幅圖片來了解下操作數(shù)棧的作用。

int a = 100;

int b = 98;

int c = a+b;

從圖中可以得出：操作數(shù)棧其實就是個臨時數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，它是通過入棧和出棧來進行操作的。

幀數(shù)據(jù)區(qū)除了局部變量區(qū)和操作數(shù)棧外，Java棧幀還需要一些數(shù)據(jù)來支持常量池解析、正常方法返回以及異常派發(fā)機制。這些數(shù)據(jù)都保存在Java棧幀的幀數(shù)據(jù)區(qū)中。
當(dāng)JVM執(zhí)行到需要常量池數(shù)據(jù)的指令時，它都會通過幀數(shù)據(jù)區(qū)中指向常量池的指針來訪問它。

除了處理常量池解析外，幀里的數(shù)據(jù)還要處理Java方法的正常結(jié)束和異常終止。如果是通過return正常結(jié)束，則當(dāng)前棧幀從Java棧中彈出，恢復(fù)發(fā)起調(diào)用的方法的棧。如果方法又返回值，JVM會把返回值壓入到發(fā)起調(diào)用方法的操作數(shù)棧。

為了處理Java方法中的異常情況，幀數(shù)據(jù)區(qū)還必須保存一個對此方法異常引用表的引用。當(dāng)異常拋出時，JVM給catch塊中的代碼。如果沒發(fā)現(xiàn)，方法立即終止，然后JVM用幀區(qū)數(shù)據(jù)的信息恢復(fù)發(fā)起調(diào)用的方法的幀。然后再發(fā)起調(diào)用方法的上下文重新拋出同樣的異常。

棧的整個結(jié)構(gòu)

在前面就描述過：棧是由棧幀組成，每當(dāng)線程調(diào)用一個Java方法時，JVM就會在該線程對應(yīng)的棧中壓入一個幀，而幀是由局部變量區(qū)、操作數(shù)棧和幀數(shù)據(jù)區(qū)組成。那在一個代碼塊中，棧到底是什么形式呢？下面是我從《深入JVM》中摘抄的一個例子，大家可以看看：

代碼片段：

執(zhí)行過程中的三個快照：

上面所給的圖，只想說明兩件事情，我們也可用此來理解Java中的棧：

1、只有在調(diào)用一個方法時，才為當(dāng)前棧分配一個幀，然后將該幀壓入棧。

2、幀中存儲了對應(yīng)方法的局部數(shù)據(jù)，方法執(zhí)行完，對應(yīng)的幀則從棧中彈出，并把返回結(jié)果存儲在調(diào)用方法的幀的操作數(shù)棧中。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM中的栈和局部变量的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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